Аннотация. В статье исследуется вопрос о внедрении передовых методов металлургии спецсталей на Обуховском заводе Морского министерства в России в начале ХХ столетия.
Summary. The paper explores the matter of introducing advanced methods of special steel metallurgy at the Obukhov Plant of the Navy Ministry in Russia in the early 20th century.
ЭКОНОМИКА И ВООРУЖЁННЫЕ СИЛЫ
ВИНОГРАДОВ Сергей Евгеньевич — старший научный сотрудник Центрального музея Вооружённых сил Министерства обороны РФ, кандидат исторических наук
(Москва. E-mail: sergei101000@mail.ru).
«ЭЛЕКТРОСТАЛЬ УЖЕ ВПОЛНЕ ЗАВОЕВАЛА ВСЕ ПРАВА НА СУЩЕСТВОВАНИЕ»
Модернизация сталелитейного производства на Обуховском заводе морского ведомства в 1910 году
Начало ХХ века ознаменовалось бурным развитием в мире военно-морских вооружений — появлением новых типов кораблей и совершенствованием их боевых средств. Основным из них в 1900-е годы по-прежнему оставалась тяжёлая ствольная артиллерия калибром 12 дюймов (304,8 мм). Задача повышения её бронепробивной способности решалась в ведущих флотах мира по двум основным направлениям — за счёт увеличения как начальной скорости снаряда, так и его веса. Это требовало увеличения длины орудий, повышения давления в канале ствола и его износоустойчивости, что, в свою очередь, было сопряжено с необходимостью внедрения в орудийное производство новых сортов стали, более качественных и прочных. Такие же стали требовались и для изготовления крупнокалиберных бронебойных снарядов, которые одни только и могли пробить толстую броню линкоров и линейных крейсеров.
В 1908 году в России завершилось изготовление опытного 12-дюймового орудия длиной 52 калибра (15 850 мм) для перспективных линкоров-дредноутов и береговой обороны. Заказ выполнял Обуховский сталелитейный завод (ОСЗ) морского ведомства по наряду от 1 марта 1907 года. 30 декабря 1908 года артиллерийский приёмщик Морского технического комитета (МТК) полковник Е.П. Аврамов, констатировав, что орудие «вполне удовлетворяет по механическим качествам металла по осмотру и обмерам всем техническим условиям приёма орудий для флота», принял изделие в казну1. После первой серии успешных полигонных испытаний в феврале—марте 1909 года дорога массовому изготовлению нового орудия была открыта2.
Основное качественное отличие нового 12-дюймового орудия, на треть более тяжёлого и габаритного, нежели прежнее 40-калиберное (12 190 мм), заключалось в повышенном уровне заложенных в него технических решений. Их металлургическая часть предопределяла необходимость дальнейшего улучшения пушечной стали. В особенности это касалось наиболее ответственных элементов орудия, к которым относились и основные детали его затвора — поршень и так называемый грибовидный стержень, обеспечивавший при выстреле обтюрацию, исключавшую прорыв пороховых газов из каморы орудия за пределы казённой части ствола.
Необходимость улучшения качества стали для данных элементов особенно беспокоила МТК в связи с массовым (60 проц.) растрескиванием поршней и грибовидных стержней затворов орудий большого броненосного крейсера «Рюрик», изготовленных британской компанией «Виккерс» и в итоге забракованных русской артприёмкой. Данное обстоятельство стало неприятным сюрпризом во время приёмочных стрельб в Англии в августе—сентябре 1907 года3. Именно затворы подобного типа планировались для новых русских 12-дюймовых орудий будущих линкоров, поэтому озабоченность МТК в отношении их конструкции и материала вполне объяснима.
С учётом вышеприведённых фактов, готовясь к изготовлению первых сорока восьми 12-дюймовых (52 калибра) орудий для линкоров, на треть более мощных, чем прежние 40-калиберные (со старым типом затвора), специалисты ОСЗ выдвинули серию предложений по совершенствованию технологических мощностей завода, призванных способствовать решению новой масштабной задачи. В 1908 году правлением завода был разработан и представлен в Морское министерство подробный план соответствующих мероприятий, сметой которых для дооборудования испрашивалось 2 575 153 рублей4. Существенной частью этого плана было введение на заводе производства стали по способу электроплавки, на что должна была пойти почти 1/6 ассигнований — 409 562 рубля.
Внедрение перспективной технологии, новейшей в данном сегменте металлургии, имело под собой серьёзные основания.
Электросталь была чище общепринятой мартеновской, имела меньше посторонних включений, минимальное количество особо нежелательных серы и фосфора. Электрический процесс практически идеально подходил для точного введения в шихту всех необходимых ингредиентов. Последнее обстоятельство как нельзя лучше соответствовало задаче получения высококачественной легированной пушечной стали. Именно подобный аспект в значительной степени привлекал внимание отечественных металлургов-оружейников, учитывая первый опыт сотрудничества с британской «Виккерс» — пионером применения данного вида стали в производстве морской артиллерии5.
Возможность электроплавки металлов впервые была установлена русским физиком В.В. Петровым. В 1802 году он создал крупнейшую в то время гальваническую батарею, состоявшую из 2100 медно-цинковых элементов, и с помощью этого источника тока открыл явление электрической дуги. Петров первым указал на возможности её практического применения для освещения, электроплавки и электросварки металлов. Однако в реальности лишь в 1853 году француз А. Пишон получил первый патент на дуговую печь косвенного действия, т.е. с дугами, горевшими между электродами над металлической ванной. Из-за несовершенства тогдашних примитивных магнитоэлектрических генераторов она не могла обеспечить нормальный ход металлургического процесса. В последующем разработкой вопросов электроплавки за рубежом занимались (и предложили свои конструкции) англичанин В. Сименс (1879), итальянец Э. Стассано (1898), швед Ф. Челлин (1900).
В этот же период отмечаются первые попытки обращения к электрометаллургии в России. В 1901 году под руководством профессора В.П. Ижевского была создана небольшая электропечь ёмкостью 16 кг лабораторного типа, которая позволяла получать однородный металл. Однако для решения задачи единовременного получения плавки в несколько тонн требовалась печь промышленного типа. С целью определения её наиболее прогрессивного типа начальник Обуховского завода полковник А.П. Меллер в 1908 году направил в заграничную командировку своих лучших специалистов — главного металлурга ОСЗ М.С. Паутова, заведующего химической лабораторией В.А. Яковлева и консультанта завода, ведущего отечественного эксперта по легированным сталям, профессора Горного института В.Н. Липина. Ознакомившись в ходе поездки с действием электрических печей всех существовавших систем, они высказались за устройство на ОСЗ печи системы французского инженера Поля Эру (или Геру — Paul-Louis-Toussaint Héroult)6.
Сталеплавильная дуговая печь Эру, изобретённая в 1899 году, представляла собой печь прямого действия с двумя электродами, подводившимися к металлической ванне. Ток между электродами замыкался через ванну, дуга горела между каждым из электродов и металлом. Первая печь Эру была сооружена на юго-востоке Франции, в предгорьях Альп. Она работала на постоянном токе, однако вследствие того, что подина (нижняя часть горячего охлаждения мартеновской печи. — Прим. авт.) очень быстро выходила из строя, а также из-за высокой стоимости электроэнергии постоянного тока появилась идея замены постоянного тока переменным. Данная модификация дала новый импульс развитию электрометаллургии. Первые трёхфазные дуговые электропечи, сооружённые в 1907 году в США, появились исключительно вовремя с точки зрения предполагавшегося на Обуховском заводе налаживания производства электростали7.
Не ожидая ассигнования необходимых средств, что требовало продолжительной волокиты при прохождении соответствующего законопроекта через Государственную думу, завод на собственные средства приступил к необходимому дооборудованию8. Местоположение будущего производства электростали на нём было определено в восточном крыле прежней тигельной сталелитейной мастерской постройки 1865 года. Уже в октябре 1908 года здесь была осуществлена разборка существовавших производств (печей с горнами для разогрева тиглей), а кирпичные стены надстроены на двойную, против прежней, высоту. Полученный объём к концу лета 1909 года перекрыли протяжённой отлогой кровлей по металлическим фермам со световым фонарём по всей ширине здания. Подкровельная часть боковых стен была забрана в верхней трети металлическими остеклёнными витражами, так что новый цех получился исключительно светлым. Внутри помещения были возведены новые решётчатые колонны, перекрытые арочными ажурными фермами, по которым проложили рельсовые пути для перемещения мостовых кранов с ковшами с расплавленной сталью9.
Получение электростали предполагалось вести дуплекс-процессом. Начальная плавка производилась во вновь возведённом здесь же мартене вместимостью 5 т, после чего жидкий металл, выпущенный в ковш, мостовым краном переносился в электропечь. В ней проходила главная плавка — рафинирование, т.е. процесс необходимой очистки стали от вредных примесей с последующим введением всех необходимых легирующих добавок посредством добавления ферросплавов. Электропечь могла работать и на твёрдой завалке, но ёмкость плавки в данном случае сокращалась до 2,5 т против 3,5 т при жидкой. По конструкции печь была двухэлектродной и имела мощность 500 кВт.
Электроэнергия для неё вырабатывалась двумя турбогенераторами системы Рато по 330 кВт каждый. Подобная задача существенного увеличения энергетических мощностей завода потребовала расширения его центральной электростанции. Для этого к ней возвели каменную пристройку, в которой разместили три паротурбинных электрогенератора (из них два для обслуживания электролитейной)10.
Уже осенью 1909 года параллельно с отделкой помещения электролитейного цеха начались кладка мартеновской печи и монтаж электросталеплавильной печи на антресоли из металлопроката. В декабре 1909 года были окончены обе печи — электросталеплавильная и мартеновская. Готовность к пуску производства задержалась до завершения в конце марта 1910 года системы энергопитания. В начале апреля осуществили завалку и начали процесс варки стали в новой мартеновской печи, а 30 апреля произвели выпуск из неё стали и переливку в электропечь. Официальное открытие электролитейной мастерской состоялось 11 мая 1910 года11.
Первые же итоги эксплуатации электросталелитейной печи полностью оправдали все ожидания. Механические испытания образцов показали, что электросталь оказалась в целом значительно лучше прежней тигельной стали. Электропечь позволила решить проблему выпуска необходимого количества высококачественной инструментальной быстрорежущей стали («самозакалки»), которую раньше не удавалось получать в тиглях. Стоимость собственной «самозакалки» оказалась в два раза дешевле аналогичной импортной, стоимость же электростали в отливке оказалась в три раза дешевле тигельной. Электросталь лучше воспринимала процесс закалки, не давая при этом трещин и деформаций12.
Что же касается самой электропечи, она показала себя весьма простым в обращении агрегатом. Её работа как на твёрдой, так и на жидкой завалке регулировалась достаточно легко. Печь имела высокий КПД и оказалась экономичной, а расплавление металла достигалось быстро13.
Электросталь быстро завоевала все права на существование, потеснив на ОСЗ мартеновское производство. Изготовленные из электростали бронебойные снаряды дали при испытании хорошие результаты, а 3-мм (более тонкие) щиты для лафетов 76-мм полевых орудий образца 1902 года получились легче и надёжнее прежних. Номинальная ежегодная производительность электростали в литой болванке на ОСЗ составляла до 3500 т14. <…>
Полный вариант статьи читайте в бумажной версии «Военно-исторического журнала» и на сайте Научной электронной библиотеки http:www.elibrary.ru
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Центральный государственный исторический архив Санкт-Петербурга. Ф. 1267. Оп. 1. Д. 1135. Л. 159.
2 Российский государственный архив Военно-морского флота (РГА ВМФ). Ф. 423. Оп. 3. Д. 30. Л. 22—40.
3 Там же. Ф. 421. Оп. 2. Д. 1688. Л. 113.
4 Всеподданнейший отчёт по Морскому министерству за 1906—1909 гг. СПб., 1910. С. 200.
5 РГА ВМФ. Ф. 421. Оп. 2. Д. 1547. Л. 133, 407.
6 Каптерев Н.И. Обуховский Сталелитейный завод. СПб., 1913. С. 62.
7 Открытия в области трёхфазного электрического тока — изобретение трёхфазного трансформатора (М.О. Доливо-Добровольский, 1889 г.) и трёхфазного асинхронного электродвигателя (Н. Тесла, 1891 г.) сделали возможным создание трёхфазных электрических печей. В 1904 г. однофазная электросталеплавильная печь конструкции П. Эру была установлена в США, на заводе «Хэлкомб Стил компани» (Halcomb Steel Co). В июле 1906 г. последовал подробный доклад «О целесообразности переработки железных руд в районе Су-Сент-Мари в Онтарио электрическим способом», получивший широкий резонанс среди ведущих металлургов мира. В 1908 г. ёмкость печей Эру на американском заводе «Иллинойс Стил компани» (Illinois Steel Co) достигла 15 т.
8 Всеподданнейший отчёт по Морскому министерству за 1906—1909 гг. С. 200.
9 Интернет-ресурс: https://humus.livejournal.com (дата обращение: 31 января 2019 г.)
10 Всеподданнейший отчёт по Морскому министерству за 1906—1909 гг. С. 201.
11 Каптерев Н.И. Указ. соч. С. 63.
12 Татарченко Д.М. Металлургия чугуна, стали и железа. М.; Л.: Государственное научно-техническое издательство, 1932. С. 443.
13 Там же. С. 440.
14 Каптерев Н.И. Указ. соч. С. 62, 63.